蓟县下马岭组地层中菱铁矿成因及古海洋意义

蓟县铁岭子村附近新出露的下马岭组下部黑色岩系中富含菱铁矿,对这些菱铁矿形成机制的认识直接关系到对下马岭期乃至中元古代古海洋氧化还原状态和地球化学性质的判断。文中利用碳同位素对其成因加以制约,进而反演该时期的古海洋环境。结果显示,这些菱铁矿的碳同位素组成变化范围为-19.2‰~-7.8‰,平均约-15.0‰,明显偏离正常海相沉积碳酸盐岩,而更接近有机质来源的碳酸盐或重碳酸根的δ13C值,说明菱铁矿碳酸根的碳主要源自于有机质。这意味着这些菱铁矿是在早期成岩过程中由三价铁的氧化物或氢氧化物转化而来,而不是直接从海水中沉淀形成。海洋中的铁首先以氧化铁或氢氧化铁的形式发生沉淀,并与有机质一起埋藏于海底缺氧带中。后在成岩过程中发生氧化还原反应,三价铁作为氧化剂氧化有机质使之生成CO2,有机质则作为还原剂将三价铁还原为二价铁,二者结合即构成菱铁矿。同时,有机质热脱羧反应提供的CO2保证了更多的二价铁以菱铁矿的形式保存在地层中。据此可推断,至少在燕辽盆地,下马岭期古海洋已呈现广泛氧化状态,其氧化程度足以将海洋中的铁氧化为三价铁。同时,地层中硫含量极低,说明该时期古海洋贫硫。下马岭期燕辽盆地这种氧化、贫硫的古海洋特征不同于传统的分层海洋模式,因此有必要进行更深入系统的研究。     

蓟县下马岭组富菱铁矿地层的基本地质特征

天津蓟县铁岭子村附近新出露的下马岭组下部黑色岩系中富含菱铁矿,本文从野外产出特征、岩石学特征及常量元素特征等3个方面对这一富菱铁矿地层的基本地质特征进行了报道.该剖面地层主要以黑色页岩、粉砂质富铁层/菱铁矿结核层互层产出为特征,夹有少量粉砂岩.部分富铁层由于风化严重,野外露头以褐铁矿层出现.菱铁矿为地层中主要的铁矿物相,可以形成菱铁矿结核,显微镜下具泥晶或微晶结构;也可以与含量相当的石英粉砂一起,构成致密粉砂质富铁层;亦或呈颗粒状零星分布于黑色页岩、粉砂岩中;另外褐铁矿层中亦存在极少量的菱铁矿残余.地层的常量元素特征整体表现为富含SiO2、TFe及有机质,而贫MnO、CaO、MgO、P2O5及S元素,且除风化层位中的铁多呈三价外,其余多呈二价.总有机碳(TOC)含量由高到低依次为菱铁矿结核、粉砂质富铁层、黑色页岩、粉砂岩.TFe与Al2O3含量的相关性图解显示,在富铁地层中,二者呈现出很好的负相关关系,而在正常的黑色页岩和粉砂岩中,二者则呈现一定的正相关关系,表明富铁地层中的铁主要为海洋自身铁的化学沉积,而正常的黑色页岩和粉砂岩中的铁主要源自陆源碎屑.同时新鲜样品中FeO与TOC含量呈现出很好的正相关关系,表明菱铁矿的形成可能与有机质有关.     

北京地区中元古界下马岭组页岩气形成条件

以野外露头与地热井的岩屑样品为基础,以岩石学、有机地球化学和储层物性实验测试分析为手段,对北京地区中元古界下马岭组页岩进行了页岩气形成条件研究。结果表明,中元古界下马岭组页岩分布广泛,沉积厚度大,有机碳含量高,有机质类型好,以Ⅱ型为主、兼有少量的Ⅰ型,具有良好的页岩气形成条件。中元古界下马岭组页岩矿物组成主要为石英和黏土矿物,石英平均质量分数为60%,黏土矿物平均质量分数为31.5%,黏土矿物中伊利石含量最高,占黏土矿物总组成的77.54%;页岩中微孔隙与微裂缝发育,具备良好的页岩气赋存条件,等温吸附实验也证明了这一点。北京地区经历了多期构造变动,但页岩气藏具有较强的抗构造破坏能力,使得研究区具有较好的页岩气保存条件。总体认为北京地区中元古界下马岭组是较理想的页岩气勘探目的层系。     

北京地区中元古界下马岭组页岩地球化学特征及其地质意义

对采自北京地区中元古界下马岭组的页岩样品,进行了地球化学研究,结果表明:主量元素Al2O3、Ca O和Na2O含量明显偏低,K2O和Mn O含量稍微偏低,Si O2、Ti O2及Fe2O3T含量同上地壳基本一致。微量元素及其比值特征显示源岩为混合源岩。稀土元素总量较高,轻稀土富集、重稀土平坦,铕明显负异常、铈弱负异常,各样品稀土元素配分模式与大陆上地壳一致,显示了沉积物具有同源性。源岩为来自于内蒙古隆起的花岗岩类、闪长岩类及基性岩的混合。微量元素比值及铈弱负异常的特征表明中元古界下马岭组页岩为覆水较深的还原环境沉积,源区构造背景为大陆岛弧。     

蓟县下马岭组菱铁矿的成因及古海洋意义

蓟县铁岭子村附近新出露的下马岭组下部黑色岩系中富含菱铁矿,对这些菱铁矿形成机制的认识直接关系到对下马岭期乃至中元古代古海洋氧化还原状态和地球化学性质的判断.文中利用碳同位素对其成因加以制约,进而反演该时期的古海洋环境.结果显示,研究区菱铁矿的δ13C的变化范围为-19.2‰～-7.8‰,平均约-15.0‰,明显富集碳的轻同位素.根据自然界中不同碳库的碳同位素组成特征,判定这些菱铁矿中的碳主要来源于有机碳.虽然海洋中大量有机质被氧化释放出富12C的CO2溶解于海水后可直接沉淀出轻同位素富集的碳酸盐岩,但这往往要求极端氧化的水体环境,而这种情况下并不能形成菱铁矿沉淀,因此认为研究区菱铁矿应是成岩过程中由有机质降解产生的CO2与孔隙水中的Fe2结合的产物.海洋中的铁首先以氧化铁或氢氧化铁的形式沉淀下来,并与有机质一起埋藏于海底缺氧带中,后在成岩过程中发生氧化还原反应,三价铁作为氧化剂氧化有机质使之生成CO2,有机质则作为还原剂将三价铁还原为二价铁,二者结合即构成菱铁矿.同时,有机质热脱羧反应提供的CO2保证了更多的二价铁以菱铁矿的形式保存在地层中.海洋中铁的沉淀形式表明,至少在燕辽海盆,下马岭期古海洋已呈现广泛氧化状态,其氧化程度足以将海洋中的铁氧化为三价铁.同时,地层中的硫含量极低,说明该时期古海洋贫硫.然而下马岭期燕辽海盆广泛氧化、贫硫的古海洋特征不同于传统的分层海洋模式,对此有必要进行更深入系统的研究.     

华北克拉通中元古代下马岭组地质特征及研究进展——下马岭组研究百年回眸

从1920年叶良辅在北京西山命名"下马岭页岩"到现在的近百年时间里,下马岭组研究取得了诸多进展。本文从岩性组成、沉积序列及环境、分布范围及区域变化、年代地层学、古生物学、含油气性、古海洋演化、基性岩床、盆地性质及演化等多个视角,对下马岭组的地质特征及相关地质、科学问题进行了总结与分析。这有利于我们对下马岭组及其内涵更为全面、细致、深刻的了解,也为探索华北乃至整个地球中元古代时期的演化提供更多信息。     

天津蓟县中元古界铁岭组叠层石灰岩中原地海绿石的沉积学意义

天津蓟县剖面中元古界铁岭组二段叠层石灰岩中普遍发育海绿石。野外观察表明,海绿石主要分布在叠层石柱体间的泥晶灰岩中,呈薄膜状富集在叠层石鞘外缘;微观特征分析表明,海绿石呈不规则状的胶体形式,显示了原地海绿石的基本特点。电子探针的组分分析表明,铁岭组中的海绿石为中成熟度的海绿石。由于产在潮下高能柱状叠层石灰岩中,铁岭组中的海绿石并不反映低沉积速率或沉积间断的沉积条件,与现代海绿石的形成环境具有明显的差异。因此,中元古界铁岭组叠层石灰岩中的中成熟度原地海绿石是特殊沉积背景下的独特产物,为研究海绿石在地质历史时期产出的多样性提供了一个重要实例。     

天津蓟县中元古界铁岭组叠层石灰岩中原地海绿石的沉积学意义

天津蓟县剖面中元古界铁岭组二段叠层石灰岩中普遍发育海绿石。野外观察表明,海绿石主要分布在叠层石柱体间的泥晶灰岩中,呈薄膜状富集在叠层石鞘外缘;微观特征分析表明,海绿石呈不规则状的胶体形式,显示了原地海绿石的基本特点。电子探针的组分分析表明,铁岭组中的海绿石为中成熟度的海绿石。由于产在潮下高能柱状叠层石灰岩中,铁岭组中的海绿石并不反映低沉积速率或沉积间断的沉积条件,与现代海绿石的形成环境具有明显的差异。因此,中元古界铁岭组叠层石灰岩中的中成熟度原地海绿石是特殊沉积背景下的独特产物,为研究海绿石在地质历史时期产出的多样性提供了一个重要实例。     

燕山地区冀北坳陷元古界下马岭组沥青砂岩岩石学特征和沉积环境

通过对冀北坳陷中新元古界下马岭组进行剖面实测,对下马岭组底部的沥青砂岩进行室内薄片鉴定和扫描电镜分析,观察与分析了下马岭组沥青砂岩的出露分布特征,镜下研究了此砂岩的碎屑颗粒和填隙物的组分特征和磨圆、分选、粒度等结构特征,依据岩石学特征、粒度分析系列参数等研究了沥青砂岩的沉积环境。结果表明此砂岩为成分与结构成熟度均高的纯石英砂岩和石英砂岩,硅质与沥青质填隙、沥青含量达5%~15%,细粒为主,分选好到极好。粒度分析是本段松散状沥青砂有效环境判别标志。综合分析认为下马岭沥青砂岩形成于无障壁海岸体系的滨浅海环境,形成于前滨到临滨的海相高能环境,可能的沉积位置是前滨下部到中上临滨;此砂岩主要来自临滨潮下高能带的沉积物、含部分前滨下部沉积物、也夹少量潮汐水道沉积物。不同剖面位置所处的沉积环境不同,凌源地区和平泉地区为临滨带的中上部的水下高能带沉积为主,宽城地区为临滨带上部沉积和前滨下部沉积,凌源地区和宽城地区也包含少量的潮汐水道沉积。     

中元古界沉积物中典型分子标志化合物及其地质意义

分子标志化合物在前寒武纪古海洋生命演化和古环境的研究中发挥着越来越重要的作用。在华北克拉通宣隆坳陷中元古界下马岭组黑色页岩中检测到一系列典型分子标志化合物,其特征表现为明显的“UCM”鼓包,高丰度的甲基支链烷烃、C₂₄四环萜烷、C₁₉-C₂₀13β（H）,14α（H）-三环萜烷、13α（正烷基）-三环萜烷系列以及四类重排藿烷化合物,甾烷系列化合物的缺失,其组成特征及其地质意义明显不同于显生宙沉积物。甾烷系列化合物缺失可能是异养微生物转化和降解的结果,不能否定真核藻类在14亿年前古海洋的局部繁盛,但生物群落仍以原核生物为主。     

天津蓟县高于庄组(约1 450 Ma)遗迹化石的新发现

首次发现于蓟县高于庄组(约1 450 Ma)的遗迹化石Spirelluchnum(ichnogen.nov.)是垂直层面的螺旋型潜穴,穴深3~3.5 cm,最大宽度为3 cm.化石产于岩层内,呈规则的顺时针螺旋体,颜色比围岩深,随着围岩新鲜程度的增加,二者反差变小.这些特征表明该化石为后生动物的遗迹.距今约14.5亿年前动物遗迹化石的发现,有可能使后生动物出现的时间推前8~9亿年,同时为后生动物的起源和进化提供可靠的化石证据.     

Origin of Molar-Tooth Structure Based on Sequence- Stratigraphic Position and Macroscopic Features： Example from Mesoproterozoic Gaoyuzhuang Formation at Jixian Section, Tianjin, North China

INTRODUCTION Located at the famous Jixian Section in Tianjinin the North China , the MesoproterozoicGaoyuzhuang Formationis a set of 1 600 mthick car-bonates that formed over about 200 Ma in the Clym-Figure 1 .Section location of the Mesoprotero-zoic Gaoyuzhuang Formation at the Jixian Sec-tion in Tianjin.mian (1 600 Ma to 1 400 Ma ;Zhu et al .,1994 ; Du,1992 ;Fig.1) . The Gaoyuzhuang Formation at theJixian Section can be divided into four members thatare characterized by differ…     

天津蓟县常州沟组(约1800Ma)微古植物的发现及其意义

长城系位于中国晚前寒武纪底部,下限约为18亿年,上限约为14亿年.该系以碎屑岩为主,夹不同数量的碳酸岩和火山岩,厚度可达4 000~5 000m,在全国都有分布.自上而下,长城系包括常州沟组,串岭沟组、团山子组、大红峪组和高于庄组.在各组中均含有微古植物,以串岭沟组页岩中最为丰富.但在天津蓟县常州沟组发现较丰富的微古植物化石确是首次.膜壳轮廓多呈圆形或椭圆形,个体直径10~20μm者占优势;表面纹饰以光面的Leiominuscula粗面的Trachysphaeridum等属的分子为主体并有少量纹饰较复杂的分子;具大量藻类碎片.以上组合特征充分显示出长城系的特色.     

中-新元古界标准剖面蓟县系首获高精度年龄制约——蓟县剖面雾迷山组和铁岭组斑脱岩锆石SHRIMPU-Pb同位素定年研究

近期在蓟县中-新元古界标准剖面铁岭组和雾迷山组首次发现斑脱岩、并测得其锆石SHRIMP U-Pb同位素年龄为~1440Ma(1439±14Ma)和~1485Ma(1483±13Ma和1487±16Ma),这标志着这条传统的标准剖面上以碳酸盐岩为主体的蓟县系上部的两个重要组,从此也获得了直接的、高精度的锆石U-Pb同位素年龄约束。这是华北中-新元古界标准剖面蓟县系相关地层单位首次获得直接而精确的锆石U-Pb同位素年龄约束,也是在整个华北北缘燕山地区雾迷山组内部首次获得精确的直接定年。这一进展为闻名中外的天津蓟县剖面中-新元古界年代地层格架的正确厘定、以及今后继续作为华北该阶段的标准剖面,并与国内外其他地区相关地层的正确对比等,提供了新的、精确的年代学"锚点",因而具有重要的科学和实际意义。     

A New SHRIMP Age of the Xiamaling Formation in the North China Plate and Its Geological Significance

Setting up the hypostratotype of late Precambrian is the main aim of the research on the Meso- and Neoproterozoic in North China. The chronostratigraphic position is the key in this study. However, many key horizons have not been calibrated with the high-quality isotopic ages. Using the reported new U-Pb age with the Sensitive High-Resolution Ion Microprobe (SHRIMP II), a zircon U-Pb age was obtained of the ash bed in the Xiamaling Formation in North China Plate, yielding a weighted mean 206Pb/238U age of 1368±12 Ma. It is the first SHRIMP U-Pb age from the Xiamaling Formation in the North China Plate, and represents the depositing time of the middle part of the Xiamaling Formation. The zircon age plays an important role to understanding geological evolution of the North China Plate during Meso- and Neoproterozoic.